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    <title>Netty学习- Reactor模式 - kyralo</title>
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    <meta name="description" content="一. 传统阻塞I/O服务模型工作原理图
    先了解传统I/O的原理以及从传统I/O到Reactor模式的转变才能更深刻地理解Reactor模式.



模型特点
采用阻塞IO模式获取输入的数据
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    <meta name="author" content="kyralo"> 
    
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    <h3 class="subtitle">Netty学习- Reactor模式</h3>
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        <div class="article">
    <div class='main'>
        <h1 class="title">Netty学习- Reactor模式</h1>
        <div class="stuff">
            <span>二月 20, 2020</span>
            
  <ul class="post-tags-list"><li class="post-tags-list-item"><a class="post-tags-list-link" href="/tags/Netty/">Netty</a></li><li class="post-tags-list-item"><a class="post-tags-list-link" href="/tags/Reactor/">Reactor</a></li><li class="post-tags-list-item"><a class="post-tags-list-link" href="/tags/线程模型/">线程模型</a></li></ul>


        </div>
        <div class="content markdown">
            <h3 id="一-传统阻塞I-O服务模型"><a href="#一-传统阻塞I-O服务模型" class="headerlink" title="一. 传统阻塞I/O服务模型"></a>一. 传统阻塞I/O服务模型</h3><h4 id="工作原理图"><a href="#工作原理图" class="headerlink" title="工作原理图"></a>工作原理图</h4><p>
    先了解传统I/O的原理以及从传统I/O到Reactor模式的转变才能更深刻地理解Reactor模式.
</p>

<p><img src="https://view.2heng.xin/images/2020/02/20/IO.png" alt></p>
<h4 id="模型特点"><a href="#模型特点" class="headerlink" title="模型特点"></a>模型特点</h4><ul>
<li>采用阻塞IO模式获取输入的数据</li>
<li>每个连接都需要独立的线程完成数据的输入, 业务处理, 数据返回</li>
</ul>
<h4 id="问题分析"><a href="#问题分析" class="headerlink" title="问题分析"></a>问题分析</h4><ul>
<li>当并发数特别大时, 服务端会创建大量线程, 占用大量系统资源</li>
<li>连接建立后, 若当前线程暂时没有数据可读, 该线程会阻塞在read操作, 造成线程资源浪费</li>
</ul>
<h4 id="解决方案"><a href="#解决方案" class="headerlink" title="解决方案"></a>解决方案</h4><p>针对传统阻塞io服务模型的2个缺点有以下两种解决方案: </p>

<ol>
<li><p>基于I/O复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理Reactor对应的叫法:1.反应器模式2.分发者模式(Dispatcher) 3.通知者模式(notifier)</p>
</li>
<li><p>基于线程池复用线程资源：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务</p>
</li>
</ol>
<p><span style="color: red">I/O复用结合线程池，就是Reactor模式基本设计思想<br></span></p>
<h3 id="二-Reactor模式"><a href="#二-Reactor模式" class="headerlink" title="二. Reactor模式"></a>二. Reactor模式</h3><h4 id="Reactor模式基本说明"><a href="#Reactor模式基本说明" class="headerlink" title="Reactor模式基本说明"></a>Reactor模式基本说明</h4><ul>
<li>Reactor模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)</li>
<li>服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程， 因此Reactor模式也叫Dispatcher模式</li>
<li>Reactor模式使用IO复用监听事件,收到事件后，分发给某个线程(进程),这点就是网络服务器高并发处理关键</li>
</ul>
<h4 id="Reactor模式核心组成"><a href="#Reactor模式核心组成" class="headerlink" title="Reactor模式核心组成"></a>Reactor模式核心组成</h4><ol>
<li>Reactor：Reactor在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对IO事件做出反应。它就像公司的电话接线员，它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人；</li>
<li>Handlers：处理程序执行I/O事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor通过调度适当的处理程序来响应I/O事件，处理程序执行非阻塞操作。</li>
</ol>
<h4 id="Reactor模式分类"><a href="#Reactor模式分类" class="headerlink" title="Reactor模式分类"></a>Reactor模式分类</h4><p>根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有3种典型的实现</p>
<ol>
<li>单Reactor单线程</li>
<li>单Reactor多线程</li>
<li>主从Reactor多线程</li>
</ol>
<h4 id="单Reactor单线程"><a href="#单Reactor单线程" class="headerlink" title="单Reactor单线程"></a>单Reactor单线程</h4><p>原理图</p>

<p><img src="https://view.2heng.xin/images/2020/02/21/Reactor.png" alt></p>
<p>说明</p>

<ol>
<li>Select是前面IO复用模型介绍的标准网络编程API，可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求</li>
<li>Reactor对象通过Select监控客户端请求事件，收到事件后通过Dispatch进行分发</li>
<li>如果是建立连接请求事件，则由Acceptor通过Accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理连接完成后的后续业务处理</li>
<li>如果不是建立连接事件，则Reactor会分发调用连接对应的Handler来响应</li>
<li>Handler会完成Read→业务处理→Send的完整业务流程</li>
</ol>
<br>
<p>优缺点分析</p>

<ol>
<li>优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成</li>
<li>缺点：性能问题，只有一个线程，无法完全发挥多核CPU的性能。Handler在处理某个连接上的业务时，整个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈</li>
<li>缺点：可靠性问题，线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障</li>
<li>使用场景：客户端的数量有限，业务处理非常快速,比如Redis在业务处理的时间复杂度O(1)的情况</li>
</ol>
<h4 id="单Reactor多线程"><a href="#单Reactor多线程" class="headerlink" title="单Reactor多线程"></a>单Reactor多线程</h4><p>原理图</p>

<p><img src="https://view.2heng.xin/images/2020/02/21/Reactor.jpg" alt></p>
<ol>
<li>Reactor对象通过select监控客户端请求事件,收到事件后，通过dispatch进行分发</li>
<li>如果建立连接请求,则右Acceptor通过accept处理连接请求,然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件</li>
<li>如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler来处理</li>
<li>handler只负责响应事件，不做具体的业务处理,通过read读取数据后，会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务</li>
<li>worker线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给handler</li>
<li>handler收到响应后，通过send将结果返回给client</li>
</ol>
<br>
<p>优缺点分析</p>

<ol>
<li>优点：可以充分的利用多核cpu的处理能力</li>
<li>缺点：多线程数据共享和访问比较复杂,reactor处理所有的事件的监听和响应,<br>在单线程运行,在高并发场景容易出现性能瓶颈.</li>
</ol>
<h4 id="主从Reactor多线程"><a href="#主从Reactor多线程" class="headerlink" title="主从Reactor多线程"></a>主从Reactor多线程</h4><p>工作原理图</p>
<p>
    针对单Reactor多线程模型中，Reactor在单线程中运行，高并发场景下容易成为性能瓶颈，可以让Reactor在多线程中运行
</p>

<p><img src="https://view.2heng.xin/images/2020/02/21/Reactor9984a1a752ffbe0f.png" alt></p>
<ol>
<li>Reactor主线程MainReactor对象通过select监听连接事件,收到事件后，通过Acceptor处理连接事件</li>
<li>当Acceptor   处理连接事件后，MainReactor将连接分配给SubReactor</li>
<li>subreactor将连接加入到连接队列进行监听,并创建handler进行各种事件处理</li>
<li>当有新事件发生时，subreactor就会调用对应的handler处理</li>
<li>handler通过read读取数据，分发给后面的worker线程处理</li>
<li>worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理，并返回结果</li>
<li>handler收到响应的结果后，再通过send将结果返回给client</li>
<li>Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程,即MainRecator可以关联多个SubReactor</li>
</ol>
<br>
<p>方案优缺点分析</p>

<ol>
<li>优点：父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。</li>
<li>优点：父线程与子线程的数据交互简单，Reactor主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据。</li>
<li>缺点：编程复杂度较高</li>
<li>结合实例：这种模型在许多项目中广泛使用，包括Nginx主从Reactor多进程模型，Memcached主从多线程，Netty主从多线程模型的支持</li>
</ol>
<h4 id="Reactor模式小结"><a href="#Reactor模式小结" class="headerlink" title="Reactor模式小结"></a>Reactor模式小结</h4><ol>
<li>单Reactor单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服</li>
<li>单Reactor多线程，1个前台接待员，多个服务员，接待员只负责接待</li>
<li>主从Reactor多线程，多个前台接待员，多个服务生</li>
</ol>
<br>
<p>Reactor模式具有如下的优点</p>

<ol>
<li>响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的</li>
<li>可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销</li>
<li>扩展性好，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源</li>
<li>复用性好，Reactor模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性</li>
</ol>

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            <ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#一-传统阻塞I-O服务模型"><span class="toc-number">1.</span> <span class="toc-text">一. 传统阻塞I/O服务模型</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#工作原理图"><span class="toc-number">1.1.</span> <span class="toc-text">工作原理图</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#模型特点"><span class="toc-number">1.2.</span> <span class="toc-text">模型特点</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#问题分析"><span class="toc-number">1.3.</span> <span class="toc-text">问题分析</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#解决方案"><span class="toc-number">1.4.</span> <span class="toc-text">解决方案</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#二-Reactor模式"><span class="toc-number">2.</span> <span class="toc-text">二. Reactor模式</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#Reactor模式基本说明"><span class="toc-number">2.1.</span> <span class="toc-text">Reactor模式基本说明</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#Reactor模式核心组成"><span class="toc-number">2.2.</span> <span class="toc-text">Reactor模式核心组成</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#Reactor模式分类"><span class="toc-number">2.3.</span> <span class="toc-text">Reactor模式分类</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#单Reactor单线程"><span class="toc-number">2.4.</span> <span class="toc-text">单Reactor单线程</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#单Reactor多线程"><span class="toc-number">2.5.</span> <span class="toc-text">单Reactor多线程</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#主从Reactor多线程"><span class="toc-number">2.6.</span> <span class="toc-text">主从Reactor多线程</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#Reactor模式小结"><span class="toc-number">2.7.</span> <span class="toc-text">Reactor模式小结</span></a></li></ol></li></ol>
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